РГВ, Пилипец В.И. Часть 1

где Qr — вес груза, Н; L — плечо подвески груза, м; l — расстояние от оси рычага до центра навески ВВ, м; S — площадь пуансона для растирания навески ВВ, м2.

Чувствительность взрывчатого вещества к тепловому импульсу производится в термостате и определяется температурой вспышки, т.е. той температурой, ниже которой при выдержке навески взрывчатого вещества в течение 5 минут вспышка не происходит.

Определение влажности ВВ.

Из пяти патронов, взятых для осмотра из пяти пачек, берется взрывчатое вещество и смешивается. После смешивания берутся две навески ВВ массой по 10 г, помещаются в стаканчиках в термостат и сушатся при температуре +65 °С до получения пробы постоянной массы.

Влажность ВВ определяется по формуле

где Q1 — масса навески ВВ со стаканчиком до сушки, г; Q2 — масса навески ВВ со стаканчиком после сушки, г; Q — масса навески ВВ без стаканчика до сушки, г.

Влажность ВВ должна соответствовать требованиям ГОСТа или техническим условиям на данное ВВ.

Рассмотренные выше характеристики дают только относительную оценку эффективности ВВ без учета объема, температуры и давления газов взрыва.

Поэтому в дополнение к вышеприведенным испытаниям определяются расчетами или экспериментально теплота и температура взрыва, а также объем и давление газов при взрыве.

Определение теплоты взрыва

Теплота взрыва является характеристикой оценки эффективности взрывчатого вещества при разрушении пород. Чем

101

больше тепла выделяется при взрыве, тем выше работоспособность взрывчатого вещества.

Теплотой взрыва называется количество тепла, которое выделяется при взрыве 1 кг взрывчатого вещества.

Теплота взрыва определяется теоретически или экспериментально с учетом закона Гесса - тепловой эффект химического превращения системы зависит только от начального и конечного ее состояний и не зависит от промежуточных состояний.

Поэтому теплота взрыва Qтв может быть рассчитана, если известна теплота образования взрывчатого вещества QтоВВ

и уравнение реакции взрыва Qтв=QтоВВQтоПВ, кДж/г моль,

где QтоВВ и QтоПВ-соответственно теплота образования ВВ и теплота образования продуктов взрыва.

Теплота взрыва 1 кг взрывчатого вещества определяется по формуле

Qтв1= Qтв 1000/М, Дж,

где М- молекулярная масса ВВ.

Для экспериментального определения теплоты взрыва применяется калориметр с бомбой объемом 5 литров, рассчитанной на давление 50 МПа при 100 °С. Калориметр (рис.5.22) позволяет определить теплоту взрыва, объем газов и их состав.

Рис. 5.22 Калориметр для определения теплоты взрыва

1-жидкость; 2-сосуд; 3 бомба; 4-электрические провода; 5-мешалка; 6-вентиль; 7- выпускная пробка; 8- термометр; 9-лопасти мешалки; 10крышка; 11заряд ВВ; 12те- плоизоляционная оболочка

В бомбах малого размера испытываются

102

заряды массой 1—2 г, которые воспламеняются раскаленной с помощью электрического тока проволочкой. Такие бомбы пригодны для испытания инициирующих ВВ.

Для испытания аммонитов и тротила применяются бомбы большого размера, где с помощью электродетонатора взрывается заряд массой 50—100 г.

Для замера тепла, выделившегося при взрыве, бомба помещается в сосуд с точно измеренным количеством воды. Количество тепла, выделившегося в бомбе и поглощенного телом бомбы или бомбой и водой, вычисляется путем умножения теплоемкости бомбы или системы бомба плюс вода на разность между конечной и начальной температурами воды или тела бомбы. Теплота взрыва 1 кг ВВ определяется из выражения

Qтв1=(с+с0)(Тк-Тн) 1000/Qвв, Дж/кг,

где с—теплоемкость общего количества воды, окружающей бомбу Дж/°С; с0-теплоемкость аппаратуры, Дж/°С; Тк и Тн— соответственно конечная и начальная температура воды и бомбы, °С; Qвв — навеска ВВ, г.

Определение температуры взрыва.

Температура взрыва—это максимальная температура, до которой нагреваются газообразные продукты взрыва за счет теплоты, выделяющейся при взрывчатом превращении ВВ.

Из-за сложности опытного определения, температура взрыва обычно определяется расчетным методом. Процесс взрыва принимается адиабатическим, поскольку время реакции для промышленных взрывчатых веществ настолько мало, что потерями тепла на нагревание окружающей среды и некоторым расширением газов можно пренебречь.

Температура газов взрыва вычисляется по формуле

где Qm—теплота взрыва ВВ, кДж;/г моль; Сv — средняя теплоемкость всех продуктов взрыва при постоянном объеме в интервале от 0 до 7 °С.

103

Теплоемкость в зависимости от температуры и может быть определена по формуле

Сv= а+b t, Дж/моль•°С,

где а—значение теплоемкости газов при t == 0 °С; b— коэффициент, учитывающий прирост теплоемкости газов с увеличением температуры.

Теплота взрыва определяатся из выражения

Qm =(с+с0)(Тк-Тн).

Определение объема газов при взрыве.

Объем газов при взрыве определяется по реакции взрывчатого разложения ВВ на основе закона Авогадро, согласно которому объем, занимаемый грамммолекулой различ-

ных газов при температуре 0 °С и давлении 0,4 МПа равен

0,2242 м3.

Объем газов, образующихся при взрыве 1 кг ВВ, определяется по формуле

где n1, n2,..., nп—число грамммолекул газообразных продуктов взрыва; m1,m2,..., mn—число грамммолекул составных частей ВВ; М1,M2,...,Мn— молекулярный вес составных частей ВВ.

Объем газов, образуемый какой либо смесью компонентов, определяется как сумма объемов газов, образуемых отдельными компонентами смеси.

Определение давления газов при взрыве.

Возникающее при взрыве давление газов в зарядной камере может быть определено исходя из газового уравнения Клайперона:

где р — давление газов при взрыве, Па; V — объем зарядной камеры, м3; R –газовая постоянная; Т—абсолютная температура

104

газов при взрыве; р0—атмосферное давление при 0 °С, Па; V0- объем газов при взрыве 1кг взрывчатого вещества при t = 0°,м3.

Для идеальных газов давление определяется из выраже-

ния

p RTV .

С учетом собственного объема молекул газообразных продуктов взрыва, а также наличия в продуктах взрыва твердых остатков формула для определения давления имеет вид

где α –собственный объем молекул газообразных продуктов взрыва (коволюм); β –объем твердых остатков в продуктах взрыва.

Коволюм на 1 кг взрывчатого вещества можно определить из выражения

где n1, n2,...,nk —число грамммолекул газообразных продуктов взрыва; a1, a2,...,ak—величины коволюма для газов, равные для азота N2—0,00062, водорода H2—0,00025, кислорода O2—

,00051, воды Н2О—0,00036, CO2, CO—0,00068; m1,m2,..., mk —

число молекул компонентов ВВ; М1,M2,...,Мk —молекулярные веса компонентов ВВ.

Объем твердых остатков определяется по формуле

где b1,b2,...,bk —объем молекул твердых остатков в продуктах взрыва, м3.

С учетом плотности заряда давление газов, образующихся при взрыве в зарядной камере, вычисляется по формуле

где —плотность заряда взрывчатого вещества, кг/м3.

Эта формула дает точные результаты при плотности заряда не более 600 кг/м3.

105

Определение стойкости взрывчатых веществ.

Стойкостью называется способность взрывчатого вещества сохранять постоянными свои первоначальные химические и физические свойства.

Различают химическую и физическую стойкость. Химическая стойкость — способность взрывчатого ве-

щества сохранять неизменными свои химические свойства. Она зависит от состава взрывчатых веществ (нитроэфировые взрывчатые вещества менее стойкие, чем аммониты), от чистоты (наличие следов кислот в нитроэфировых взрывчатых веществах сильно снижает их стойкость) и т. д.

Физическая стойкость — способность взрывчатого вещества сохранять неизменными свои физические свойства и структуру при хранении и применении.

При характеристике физической стойкости различают-

ся:

-гигроскопичность — способность ВВ поглощать влагу из атмосферы;

-слеживаемость — способность порошкообразных взрывчатых веществ терять при хранении сыпучесть и превращаться в сплошную массу со снижением или полной потерей восприимчивости к детонации;

-водоустойчивость — способность патронов ВВ при соприкосновении с водой сохранять в течение определенного времени взрывчатые свойства.

-расслаиваемость — свойство взрывчатых веществ в условиях транспортирования и заряжания терять однородность состава за счет перераспределения компонентов с разной плотностью. В результате расслаиваемости ухудшается детонационная способность взрывчатого вещества.

Испытание порохов.

Бездымные пороха, применяемые иногда на карьерах, перед использованием подвергаются физико-химической оценке их состояния. Кроме того, определяется их работоспособность и способность к детонации.

106

При физико-химической оценке устанавливается отсутствие следов разложения пороха (при разложении изменяется цвет зерен пороха, появляются желтоватые вздутия и трещины). У нитроглицериновых и нитрогликолевых порохов может наблюдаться выделение компонентов в виде капель жидкости (эксудация).

Капелька промокается промокательной бумагой, размещается на металлическом листе, а затем по ней ударяют молотком. Хлопок или треск свидетельствуют об эксудации пороха. Такие пороха подлежат уничтожению.

Детонационная способность пороха определяется в зарядах массой 8 кг, располагаемых на глубине 1 м в шурфах или канавах. Если порох не детонирует от детонатора из аммонита массой 2 кг, партия бракуется.

Работоспособность пороха определяется проведением сравнительных взрывов с аммонитом или тротилом в грунте. Затем находятся переводные коэффициенты по объему выброшенного грунта, которые используются в дальнейшем при составлении паспортов буровзрывных работ.

При испытаниях дымного пороха из 10% прибывших мешков отбираются навески по 0,5 кг и осматриваются. Зерна пороха должны быть сизо-черного цвета с блестящей поверхностью. Белые или желтые кристаллы на зернах, слипшиеся комки пороха должны отсутствовать.

При высыпании пороха на белом листе не должно оставаться пыли или черных пятен. Если пробы не соответствуют указанным требованиям, партия бракуется.

Испытания предохранительных ВВ

Предохранительные взрывчатые вещества, предназначенные для ведения взрывных работ в шахтах, опасных по взрыву газа или разрабатывающих пласты, опасные по взрыву пыли дополнительно подвергаются, специальным испытаниям на безопасность воспламенения метановоздушной и пылевоздушной смесей.

Испытания каждой партии предохранительных взрывчатых веществ (ПВВ) на соответствие их предохранительных

107

свойств техническим условиям или стандартам проводятся на заводах-изготовителях. Отдельные партии ПВВ проходят государственные контрольные испытания в МакНИИ или ВостНИИ.

Испытания проводятся в опытном штреке в виде металлической трубы (рис. 5.23) длиной 15 м, диаметром 1200— 1800 мм, открытой с одного конца. Другой конец трубы закрыт днищем 6 с отверстием (люком) 9 диаметром 400 мм.

Рис. 5.23 Стенд для испытания предохранительных ВВ

1-распылительная мортира для распыления угольной пыли; 2- термопара; 3-диафрагма; 4- смеситель; 5- взрывная камера; 6- днище штрека; 7- вентиляционная труба; 8- мортира для исследуемого ВВ; 9- люк; 10газопровод

Часть трубы (объемом 10—11 м3 ) со стороны днища 6 на время испытаний отделяется подвижной бумажной диафрагмой 3 для создания изолированной камеры с метановоздушной смесью (смесь газов или пыли в наиболее опасной концентрации). После создания во взрывной камере 5 взрывчатой смеси диафрагма 3 быстро убирается и производится взрыв испытуемого заряда. При испытании на безопасность по угольной пыли диафрагма 3 не устанавливается.

Равномерность концентрации газа создается вентилятором, а пылевое облако образуется за счет выброса в камеру мелкой угольной пыли, просеянной через сито с 6400 отверстиями на 1 см2 в количестве 6 кг из специальной распылительной мортиры 1 зарядом ВВ массой 50 г.

108

Для создания пылевоздушной смеси используется угольная пыль с содержанием летучих веществ – 30-35%, золы

– не более 9%, а влаги – не более 2%.

Взрывание осуществляется электрическим способом электродетонатором мгновенного действия.

Испытываемое взрывчатое вещество помещается в специальной мортире 8, которая на тележке подкатывается к днищу трубы, так, чтобы отверстия мортиры 8 и днища 6 совпали.

Мортира 8 для испытания ВВ представляет собой массивный стальной цилиндр диаметром 500—600 мм и длиной 1200—1300 мм из высоколегированной хромоникелевой стали.

В канал мортиры (отверстие мортиры имитирует шпур) диаметром 55 мм и глубиной 900 мм помещается заряд исследуемого ВВ так, чтобы расстояние ВВ от устья мортиры было не менее 50 мм. Устье мортиры забивается глиняной забойкой весом 50 г.

Предохранительные взрывчатые вещества подвергаются следующим испытаниям /6/:

1.Определение предохранительных свойства ВВ моделированием взрыва шпурового заряда, когда передняя часть шпура, в которой размещалась забойка, срезана предыдущим взрывом заряда в смежном шпуре.

Испытываемые заряды ВВ взрываются в канальной мортире без забойки.

Этим методом испытывают ВВ III и IV классов по условиям применения.

В штреке создается метановоздушная и пылевоздушная смеси с концентрацией метана 9 ±0,5%. Общий объем метановоздушной смеси создается более 10 м3. Общая масса угольной (сланцевой) пыли составляет 6000 ±100 г.

Распыление угольной пыли производится за 6—8с до взрыва испытуемого заряда.

Температура взрывоопасной смеси должна быть 20 °С. Для взрывания применяется прямое и обратное иниции-

рование зарядов в мортире.

109

Число опытов при испытании в метановоздушной смеси при прямом и обратном инициировании—по 20, а в пылевоздушной смеси—по 5.

Масса испытуемых зарядов устанавливается в зависимости от класса ВВ и составляет (г) для ВВ:

III класса

по газу ..................…………………………….150—175

по пыли ............…......………………………...не испытывается

IV класса

по газу ....................……………………………300

по пыли .....................………………………….700

V класса

по газу при прямом инициировании ...………1000

по газу при обратном инициировании ...…….600

по пыли ...................……………………………600

VI класса

по газу и пыли при прямом и обратном инициировании ...............………..1000

Взрывчатые вещества считаются выдержавшими испытание по газу при указанной массе заряда, если:

-при испытании ВВ III и IУ классов частота воспламенения метановоздушной смеси в 20 опытах будет не более 50%; -при испытании взрывчатых веществ V и VI классов от-

сутствуют случаи воспламенения метана.

Взрывчатые вещества считаются выдержавшими испытания по пыли при указанной массе заряда, если при испытании ВВ всех классов в пяти опытах отсутствует воспламенение угольной пыли.

2.Определение предохранительных свойства взрывчатых веществ моделированием условия взрывания распыляющих зарядов при создании водораспылительных завес в случае отсутствия воды в сосуде, а также взрыва вылетевшего из шпура патрона-боевика.

Метод распространяется на предохранительные ВВ V класса по условиям применения.

Метановоздушная и пылевоздушная смесь в опытном штреке создается и контролируется, как и при испытании ВВ в канальной мортире.

110